乘坐時間機器回去阻止疫情？數學：可以回到過去但沒啥用

很多人都夢想有時間機器，並能夠藉助它改變歷史從而拯救世界。然而迄今為止，人類還沒有真正理解時間的意義，而時間旅行更是遙不可及。更重要的是，時間旅行的概念產生了一些科學家無法理解的悖論。然而最近，昆士蘭大學的物理學家用數學證明了時間旅行的可行性。

經典力學理論與廣義相對論

根據經典力學原理，如果你知道一個系統在特定時間的狀態，那麼就可以知道這個系統的整個歷史。過去和未來的狀態都可以通過現在的狀態計算出來，因為所有事物的運動規律都應該符合基本力學原理。例如，如果我知道一個物體在重力作用下下落的當前位置和速度，我就可以計算出它在任何時候的位置。

然而，愛因斯坦的廣義相對論預言了時間循環或時間旅行的存在——在這種情況下，一個事件既可以發生在它的過去，也可以發生在它自己的未來——從理論上來說，這顛覆了經典力學的想法，而且會產生一些無法解釋的矛盾。

法比奧·科斯塔

昆士蘭大學的物理學家法比奧·科斯塔舉例說，「假設你進行了時間旅行，試圖阻止COVID-19的零號患者接觸病毒。然而，如果你阻止了那個人的感染，就會打消你回去阻止疫情蔓延的動機。」

儘管一些物理學家認為時間旅行是可能的，但就像科斯塔所舉的例子，時間旅行從邏輯上來說很難讓人接受。

數學上的可行性

最近，昆士蘭大學高等科學學士（榮譽）的四年級學生熱爾曼·託巴爾在科斯塔的指導下，建立了一個時間旅行的數學模型，用數學證明了一種特定類型的時間旅行在物理上的可行性。這篇名為《具有封閉時間型曲線和自由選擇的可逆動力學》的論文發表在了《經典和量子引力》雜誌上。

熱爾曼·託巴爾（右）與法比奧·科斯塔

數學本身是複雜的，但它可以歸結為相當簡單的東西。關於時間旅行的討論主要集中在封閉的類時間曲線（CTCs）上，這是愛因斯坦首先提出的假設。

託巴爾和科斯塔發現了一種「將數字平方」的方法，事件有可能自我調整，使其在邏輯上與時間旅行者的任何行為一致。也就是說，從數學上來看，時間旅行在理論上是可行的，並不會產生悖論。

用CTC的觀點，託巴爾和科斯塔說，只要在你離開的時候，CTC中整個場景中只有兩部分仍然處於「因果順序」，其餘部分就取決於當地的自由意志。在他們的論文中總結道：「我們的結果表明，CTCs不僅與決定論和局部的『自由選擇』操作兼容，而且與豐富多樣的場景和動態過程兼容。」

封閉的類時間曲線（CTCs）

託巴爾在一份新聞聲明中說：「以冠狀病毒零號患者為例，你可以嘗試阻止零號患者被感染，但這樣做的時候，你可能會感染病毒，而成為零號患者，或者其他人會感染病毒。無論你做了什麼，突出的事件都會在你周圍重新調整。不管你怎麼製造矛盾，事情總會自我調整，以避免矛盾。」

雖然這聽起來讓人沮喪，因為人們不可能通過時間旅行改變歷史，從而避免悲劇的發生。但對數學家和物理學家來說，它有助於幫助我們思考什麼是時間。

託巴爾和科斯塔的這一發現也符合最近洛斯阿拉莫斯實驗室在量子領域中發現「無蝴蝶效應」的結論（點擊文末連接可了解關於拉莫斯實驗室「無蝴蝶效應」的詳情）。在量子領域中，科學家發現系統可以自動糾正一些擾動，這使得蝴蝶效應變成了「無蝴蝶效應」。

而託巴爾和科斯塔的結論表明，時間和量子系統類似都可以自我糾錯，起碼在數學上是這樣的。或許時間旅行並不像人們所擔心的那樣會改變歷史，未來很有可能會設計出一種有意義的時間旅行方式。人們可以在歷史中穿梭，而不用擔心會毀掉這個世界——至少不會馬上毀掉。